SU892380A1 - Device for measuring magnetic field strength gradient - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может использовать с  в магнитометрической аппаратуре, например в геофизике, дл  поиска и обнаружени  ферромагнитных тел, а также в биофизике и медицине. Известно устройство дл  измерени  градиента напр женности магнитного пол , содержащее генератор возбуждени , два феррозонда с обмотками возбуждени  и измерительными обмотками , соединенными с фильтром вто рой гармоники, построенное по дифференциальной схеме l , Однако это устройство имеет низкую точность измерени  градиента напр женности магнитного пол . Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  гр диента напр женности магнитного пол , построенное по дифференциальной схеме с компенсацией средней сос тавл ющей магнитного пол , направлен ной вдоль феррозондов. Устройство включает в себ  два феррозонда с обмотками возбуждени , соединенными последовательно и встречно, и с измерительными обмотками, соединенными также последовательно и встречно, генератор возбуждени , фильтр второй гармоники частоты генератора,-вход которого соединен с измерительными обмотками феррозондов, усилительнопреобразовательный блок, вход которого соединен с выходом фильтра второй гармоники, а выход - с ,компенсационными обмотками,, размещенными на феррозондах. Недостаток этого устройства заключаетс  в низкой точности измерени , св занной с зависимостью выходного сигнала от стабильности кривой намагничивани  сердечников феррозондов , от стабильности частоты и амплитуды пол  возбуждени . Цель изобретени  - повышение точности измерений.The invention relates to a measurement technique and can be used in magnetometric equipment, for example in geophysics, for searching and detecting ferromagnetic bodies, as well as in biophysics and medicine. A device for measuring the magnetic field intensity gradient is known, which contains an excitation generator, two ferrosonde with excitation windings and measuring windings connected to the second harmonic filter, built according to the differential circuit l. However, this device has a low accuracy measurement of the magnetic field intensity gradient. The closest to the present invention is a device for measuring the magnetic field strength of a magnetic field, built according to a differential scheme with compensation for an average component magnetic field directed along ferrosonde. The device includes two flux-gates with excitation windings connected in series and counter, and with measuring windings connected also in series and counter, the excitation generator, filter of the second harmonic of the generator frequency, whose input is connected to the measuring windings of the flux-probes, the amplifier-conversion unit, the input of which is connected with the output of the second harmonic filter, and the output - with, compensation windings, placed on ferrosands. The disadvantage of this device lies in the low measurement accuracy associated with the dependence of the output signal on the stability of the magnetization curve of the cores of the fluxgroups, on the stability of the frequency and amplitude of the field of excitation. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy.

Эта цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  градиента напр женности магнитного пол , содержащее два феррозонда, каждый из которых имеет обмотку возбуждени , измерительную и компенсационную обмотки , генератор, к выходу которого подключены соединенные последовательно и встречно обмотки возбуждени , фильтр второй гармоники частоты генератора , с выходом которого соединен вход основного усилительно-преобразовательного блока, введены последовательно соединенные широкополосный усилитель, фильтр первой гармоники частоты генератора, дополнительный усилительно-преобразовательный блок и блок делени , причем измерительные обмотки, соединенные последовательно и согласно, подключены ко входу широкополосного усилител , к выходу которого подключен вход фильтра второй гармоники частоты генератора, а выход основного усилительно-преобразовательного блока подключен ко второму входу блока делени  и через дроссель к компенсационным обмоткам, соединенным последовательно и согласно.This goal is achieved by the fact that in a device for measuring the gradient of magnetic field strength, containing two ferrosonde, each of which has an excitation winding, a measuring and compensating windings, a generator, the output of which is connected in series and opposite windings of the generator, the second harmonic filter of the generator frequency , with the output of which is connected to the input of the main amplifier-conversion unit, are in series connected broadband amplifier, filter of the first harmonic frequency a generator, an additional amplifier-converter unit and a dividing unit, the measuring windings connected in series and according to, are connected to the input of a wideband amplifier, the output of which is connected to the second harmonic filter input of the generator frequency, and the output of the main amplifier-converter unit is connected to the second input of the dividing unit and through the choke to the compensation windings connected in series and according to.

На чертеже представлена структурна  электрическа  схема устройства дл  измерени  градиента магнит ного пол .The drawing shows a structural electrical circuit of a device for measuring a magnetic field gradient.

Устройство содержит разнесенные Ё пространстве феррозонды 1 и 2 с обмотками 3 и t возбуждени , измерительными обмотками 5 и 6 и с компенсационными обмотками 7 и 8, генератор 9, фильтр 10 второй гармоники частоты генератора, фильтр 11 первой гармоники частоты генератора, усилительно-преобразовательные блоки 12 и 13, блок 1 делени , дроссель 15 и широкополосный усилитель 1б,The device contains spaced-out flux-probes 1 and 2 with windings 3 and excitation t, measuring windings 5 and 6 and with compensation windings 7 and 8, generator 9, filter 10 of the second harmonic of the generator frequency, filter 11 of the first harmonic of the frequency of the generator, amplifier-converter units 12 and 13, block 1 division, choke 15 and broadband amplifier 1b,

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

По цепи возбуждени  через обмотки 3 и t протекает переменный ток от генератора 9, создающий в каждом из феррозондов 1 и 2 поле , не довод щее сердечники феррозондов до состо ни  магнитного насыщени . Обмотки 3 и 4 возбуждени  включены так, что переменные магнитные потоки в объеме сердечников феррозондов в каждый момент времени направлены встречно. Измерительные обмотки 5 и 6 соединены последовательно и согласно . Измер емое поле, направленное вдоль феррозондов (Н около феррозондаAn alternating current from the generator 9 flows through the excitation circuit through the windings 3 and t, creating a field in each of the flux-probes 1 and 2, which does not bring the flux-core cores into magnetic saturation. The windings 3 and 4 of the excitation are included so that the variable magnetic fluxes in the volume of the cores of the flux-probes at each moment of time are directed oppositely. Measuring windings 5 and 6 are connected in series and according to. Measured field directed along flux-probes (H near flux-gate

1 И H(j ОКОЛО феррозонда 2) в сравнении с полем возбуждени  Нд мало и существенно не мен ет общей картины перемагничивани  сердечников.1 and H (j near the fluxgate 2) in comparison with the excitation field Nd is small and does not substantially change the overall picture of the magnetization reversal of the cores.

Измер емое поле (, Hjj алгебраически суммируетс  в объеме каждого сердечника с полем возбуждени  Н и компенсационным полем Н, создаваемым обмотками 7 и 8.The measured field (, Hjj is algebraically summed in the volume of each core with the excitation field H and the compensation field H created by windings 7 and 8.

Величины индукции в сердечниках феррозондов 1 и 2 , B,B{-Hj+H, с учетом разложени  в р д Тейлора по величине измер емого пол  имеют вид:The magnitudes of induction in the cores of the flux-gates 1 and 2, B, B {-Hj + H, taking into account the decomposition in the Taylor series in terms of the size of the measured floor, have the form:

,1,one

И)AND)

„ fJ,- магнитна  проницаемость сердечников феррозондов; /tjj- дифференциальна  магнитна  проницаемость сердечников . феррозондов, причем значени “FJ, is the magnetic permeability of the cores of the fluxgills; / tjj - differential magnetic permeability of cores. ferrozondov, and

., .

М-) и Зц относ тс M-) and Zs relate

к значению пол  HQ. Суммарна  ЭДС в измерительных обмотках 5 и 6, соединенных последовательно и согласно, равна to the value of gender HQ. The total emf in the measuring windings 5 and 6, connected in series and according to, is equal to

e -sw||{B 3Q)., (2) S - поперечное сечение сердечников феррозондов; W - количество витков в измерительных обмотках. Полага , что функци  хорошо аппроксимируетс  зависимостью +ЬН, где а и b - коэ.ффициенты аппроксимации . Подставим разложени  (1) в (2). В результате-получимe -sw || {B 3Q)., (2) S is the cross section of the cores of the fluxgills; W is the number of turns in the measuring windings. It is assumed that the function is well approximated by the dependence + bH, where a and b are the coefficients of the approximation. We substitute decomposition (1) into (2). As a result, we get

e -3sbwuJH r(AH,J -ЛН J- )oo5Wt+e -3sbwuJH r (AH, J -LN J-) oo5Wt +

+ ()H SiVi2t4Jtl..+ () H SiVi2t4Jtl ..

Этот сигнал предварительно усиливаетс  широкополосным усилителем 16 и подаетс  на входы фильтров 10 и 11 второй и первой гармоник.This signal is preamplified by a wideband amplifier 16 and fed to the inputs of filters 10 and 11 of the second and first harmonics.

Claims (2)

Сигналы с фильтром 10 и 11 поступают на входы усилительно-преобразовательных -блоков 12 и 13, на выходах которых сигналы равны соответственно u -3swujbkHm, (uHVuHa); ()-, где - сквозной коэффициент передачи от феррозондов до блока делени  1. Сигнал на выходе блока делени  равен U а. А Н Н-} Н о,- Н л гл . т т.е. пропорционален разности () напр женностей магнитного пол  вдоль феррозондов. Сигнал UQ. с выхода усилительно-преобразовательного блока 12 через дроссель 15, необходимый дл  исключени  возникновени  перемен ного тока в цепи, поступает на после довательно соединенные компенсационные обмотки 7 и 8. В известном устройстве преобразованию подвергаетс  не суммарна , а разностна  ЭДС вторичных обмоток феррозондов и выходной сигнал устройства - величина второй гармоники, равна „ u 3swMbkH(), (4) Сравнение выражений (З) и (4) показывает , что предлагаемое устройство менее чувствительно, чем известное, к нестабильности частоты и амплитуды пол  возбуждени , коэффициента усилени  измерительного тракта и кривой намагничивани  сердечников феррозондов . Предлагаемое устройство обеспечивает на пор док более высокую точность измерений по сравнению с известным. 8 0 Формула изобретени  Устройство дл  измерени  градиента напр женности магнитного пол , содержащее два феррозонда, каждый из которых имеет обмотку возбуждени , измерительную и компенсационную обмотки , генератор, к выходу которого подключены соединенные последовательно и встречно обмотки возбуждени , фильтр второй гармоники частоты генератора , с выходом которого соединен вход основного усилительно-преобразователь-ного блока, о т л и ч а щ е е с   тем, что, с целью повы g точности измерений, в него введены последовательно соединенные широкополосный усилитель, фильтр первой гармоники частоты генератора, дополнительный усилительно-преобразовательный блок и блок делени , причем измерительные обмотки, соединенные последовательно и согласно, подключены ко входу широкополосного усилител , к выходу которого подключен вход фильтра второй гармоники частоты генератора, а выход основного усилительно-преобразовательного блока подключен ко второму входу блока делени  и через дроссель к компечсационным обмоткам, соединенным последовательно и согласно. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1,Афанасьев Ю,В. Феррозонды. Л., Энерги , 1969, с.151. The signals with filter 10 and 11 are fed to the inputs of the amplifier-converter blocks 12 and 13, the outputs of which are equal to the signals, respectively, u -3swujbkHm, (uHVuHa); () -, where is the end-to-end transmission coefficient from the flux-probes to the division unit 1. The signal at the output of the division unit is U a. A N N-} N o, - N l ch. t ie proportional to the difference () of the magnetic field strength along the flux-probes. UQ signal. from the output of the amplifier-converter unit 12 through the choke 15, necessary to prevent the occurrence of alternating current in the circuit, is fed to successively connected compensation windings 7 and 8. In the known device, the difference is that not the total, but the output voltage of the secondary leads of the device is converted - the value of the second harmonic is equal to „u 3swMbkH (), (4) Comparison of expressions (G) and (4) shows that the proposed device is less sensitive than known to instability of frequency and amplitude of the field Excitation, the gain of the measuring path and the magnetization curve of the cores of the fluxgaps. The proposed device provides an order of magnitude higher accuracy of measurements compared to the known. 8 0 The invention The device for measuring the gradient of the magnetic field, containing two ferrosonde, each of which has an excitation winding, measuring and compensation windings, a generator, the output of which is connected connected in series and opposite windings of the generator, the second harmonic filter of the generator frequency, with an output which is connected to the input of the main amplifier-converter unit, so that in order to improve the measurement accuracy, serially connected wideband amplifier, filter of the first harmonic of the generator frequency, additional amplifier-converter unit and dividing unit, with the measuring windings connected in series and according to connected to the input of the broadband amplifier, the output of which is connected to the filter of the second harmonic of the generator frequency, and the output of the main amplifier and the unit is connected to the second input of the division unit and through the choke to the composite windings connected in series and according to. Sources of information taken into account in the examination 1, Afanasyev Yu, V. Ferrozondy. L., Energie, 1969, p.151. 2.Авторское свидетельство СССР W 525901, кл. G 01 R 33/00, 197.2. Authors certificate of the USSR W 525901, cl. G 01 R 33/00, 197.